对流传热系数
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第三节. 对流传热
一. 对流传热过程分析
1.
静止流体
由于没有流动，则热量传递只有
热传导，温度分布为直线型。
2. 流体流动
⑴层流时
温度分布变成曲线，产生对流
传热，传热速率加大，但曲线
弯曲程度
不大，速率不太大。
⑵湍流时
由于流体质点强烈混合，远离
壁面流体温度趋于均匀，曲
线
弯曲程度较大，传热速率大大
提高。
⑶传热边界层和滞流内层
仿照流动边界层，在对流传
热中，靠近壁面附近存在一层
有温度差(温度梯度)的流体层，<
br>—传热边界层。
同时紧靠壁面也存在一层处
于层流的流体层,
—湍流中的层流
内层
该层内温度梯度最大。
故
c
对流传热全部的热阻都集中在传热边界层。<
br>d
对流传热的主要热阻集中在层流内层。
故强化对流传热，必须减薄层流内层的厚度。<
br>二. 壁面和流体间对流传热速率方程式—牛顿冷却定率。
∆
t
温度差
仿照导热
速率=，
Q
=
b
热阻
λ
S
T
−
T
w
1b
则对流传热
Q
=
用代替
1
αλ
α
S
故
Q=
α
⋅S(T−T
w
)
Q —传热速率
W
℃
⎧
S— 传热面积 m
T— 流体温度
⎨
T—
壁面温度
⎩
α
— 对流传热系数 Wm
2
w
℃
2
⋅K
此公式称为对流传热速率方程
讨论：⑴对于实际的换热器，由于都是管道，因此
存在两个
传热面，即内侧和外侧。
则相应可写成两个传热
速率方程：
<
br>Q
=
α
i
S
i
(T
−
T
w
)
内侧
Q=
α
0
S
0
(T
w
−t)
外侧
⑵由于流体温度沿传热面方向在不断变化，因此传热系数和
壁温也在不断变化。
上
式中的T，T
w
，
α
i
,
α
0
均取平均值
⑶流传热系数α
QW
单位：
α
==[
2
]
(
T
−
T
w
)
S
mK
意义：表温差为一度
时，单位面积的传热量，是反应对
流传热快慢的一个参数，它是一个包含了许多影
响因素、计算
非常复杂的参数。
给出一些经验值如下：
传热方式
空气自然对流气体强制对流水自然对
流
α
5~2520~100200~1000
(Wm⋅K)
2
传热方式
α
(Wm⋅K)
2
水强制对流水蒸气冷凝水沸腾
1000~150005000~150002500~25
000
例：在套管换热器中，水以1.2ms速度流过内径25mm长5m
的内管，若管内壁
温度为50
℃
，水的进口温度为20
℃
，
2
管壁对水的平
均对流传热系数为
4850Wm
⋅
K
，求水
的出口温度？
o
已知：d
i
=
25
mm
,
L
=
5
m
,
u
=
1.2
m
s
,
t
w
=
50
C
t
1
=
20
C
,
α
i
=
4850
W
m
⋅
K
求：t
2
=
?
解：由
Q
=
α
i
S
i
(
t
w
−
t
m
)
衡算方程
C
p
=4.187
kJ
kg
⋅
K
,
ρ
=1000
kg
m
W
c
3<
br>o
2
=
π
4
d
i
⋅u⋅
ρ
=0.785×0.025
2
2
×1.2×1000=0.589(kgs)
则
Q
=
W
c
C
pc
(t
2
−
t
1
)
=
α
i
S
i
(t
w
−
t
m
)
20+t
2
)
0.589×4.187×1000(t
2
−20)=4850×0.393(5
0−
2
o
解之
t
2
=36.7C